Algunas Fallas Prematuras en Pistones
Antes de comenzar con el tema de la entrada, recordemos las denominaciones de las partes constitutivas de un pistón:
Las fallas
Las fallas prematuras en pistones, ya sean en motores de ciclo Otto como en motores de ciclo Diésel, pueden ser provocadas principalmente por dos grupos de causas:- I. Por errores en el Montaje
- II. Por mal Funcionamiento del Motor
Las fotografías son sólo ilustrativas y un diagnóstico correcto de la falla lo dará únicamente la experiencia del técnico o ingeniero motorista a cargo de la inspección y/o reparación
I. Por errores en el Montaje
Expulsión de la abrazadera de retención del perno
Aspecto
Ruptura de la canaleta del seguro de retención del perno. Generalmente motivado por un componente de fuerza que empuja el perno contra uno de los seguros de retención hasta su expulsión y/o su fractura.
Eventualmente, pedazos del seguro fracturado pasan por el agujero del perno, deteriorando la otra extremidad.
Causas
- Bielas torcidas.
- Cilindros desalineados en relación al cigüeñal.
- Montaje incorrecto de la abrazadera.
- Conicidad en el cuello del cigüeñal.
- Juego longitudinal (axial) excesivo en el cigüeñal.
- Juego excesivo en el perno y la abrazadera.
- Falta de paralelismo entre el centro del buje del pie de biela y del cojinete.
- Alinear correctamente las bielas (cambiar si es necesario).
- Rectificar los cilindros debidamente alineados en relación al cigüeñal.
- Montar correctamente la abrazadera, cuidando para no deformarla durante el montaje.
- Rectificar correctamente los cuellos del cigüeñal.
- Verificar el juego axial del cigüeñal.
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Juego insuficiente entre perno y buje
Fajas de agarrotamiento al lado del agujero para perno (cubos).
Causas
Montaje del perno con juego insuficiente en el cubo del pistón y/o en el buje del pie de biela.
Corrección
Montar el perno del pistón con el juego específico en el buje del pie de biela, observando la existencia o no de clasificación perno y pistón.
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Zona de contacto inclinado
Aspecto
Área de contacto inclinada en relación al eje del pistón.
Causas
- Bielas torcidas.
- Cilindros desalineados en relación al cigüeñal.
Corrección
- Agujerear el buje del pie de biela en la escuadra en relación a la biela.
- Alinear correctamente las bielas (cambiar si es necesario).
- Rectificar los cilindros debidamente alineados en relación al cigüeñal.
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Agarrotamiento por deformación de la camisa
Aspecto
Agarrrotamiento en fajas estrechas, generalmente en toda la circunferencia de la falda del pistón y tienden a ir ensanchándose con el funcionamiento, con consecuente agarrotamiento generalizado.
Causas
Deformación de la camisa debido a:
- Irregularidad en el montaje del block.
- Dilatación de las graseras de sellaje, durante el funcionamiento del motor.
- Diámetro de los alojamientos de la graseras de sellaje encima del valor especificado.
- Apriete excesivo de la culata.
- Deficiencia de la rectificación del cilindro.
Corrección
- Rectificar correctamente los agujeros en el block para instalación de las camisas.
- Utilizar graseras de sellaje de buena calidad.
- Verificar el diámetro de los alojamientos de las graseras de sellaje.
- Dar la fuerza correcta en los tornillos de la culata.
"Flutter" de los anillos
"Flutter" en español: ondear, revolotear, sacudirse, ir y venir, etc.
Aspecto
Canaletas de anillos destruidos.
El problema ocurre generalmente en el primer anillo de compresión, que es la zona más comprometida de la región de los anillos, debido a su exposición directa a los gases de combustión.
La combustión retardada sobre los anillos origina calor, lo que sobrecalienta esta región del pistón.
Además de eso, los anillos no ejercen perfectamente su función de transferir calor para el cilindro.
De esta forma el pistón tiene su resistencia disminuida, pudiendo fracturarse lo que se da normalmente en la zona de los anillos de fuego.
Causas
- Exceso de juego entre anillo y canaleta
- Montaje de anillos nuevos en canaletas gastadas.
- Utilización de anillos con altura incorrecta.
- Exceso de depósitos de materiales carboníferos.
- El sobrecalentamiento de esta región del pistón, acrecentado por la abrasión provocada por los materiales carboníferos, desgastan excesivamente la canaleta proporcionando la vibración del anillo.
- Verificar minuciosamente, en oportunidad del cambio de anillos, las condiciones de las canaletas en los pistones, principalmente las primeras, que reciben los anillos de compresión.
- Mantener el juego entre anillos y canaletas dentro de las tolerancias especificadas.
Insuficiencia de juego de montaje
Causas
Montaje del pistón en el cilindro con huelgo insuficiente.
Corrección
Observar el huelgo de montaje entre pistón y cilindro recomendado por el fabricante.
II. Por mal Funcionamiento del Motor
Agarrotamiento por refrigeración deficiente
Aspecto
Agarrotamiento del pistón, preferencialmente sobre el eje del perno (cubo).
El conjunto pistón-cilindro es montado con huelgos bastante pequeños, ya que estos juegos tienden a disminuir con el calentamiento del motor, porque el coeficiente de dilatación del pistón es superior al del cilindro.
Evidentemente en el diseño del pistón se tiene en cuenta el sistema de refrigeración del motor.
Cualquier alteración que ocurra en la refrigeración del motor hace que tengamos un sobrecalentamiento del conjunto, con la eliminación de los juegos de diseño, rotura de la película de aceite lubricante y el consecuente contacto metálico entre pistón y cilindro.
Ese funcionamiento anormal lleva inevitablemente a un agarrotamiento de los pistones.
Causas
- Exceso de depósitos en los conductos de agua en el block, o no eliminados durante el último mantenimiento. Estos depósitos causan un sensible aumento de la resistencia térmica de las paredes, elevando la temperatura del pistón y del conjunto.
- Agarrotamiento de la válvula termostática, aunque por cortos periodos puede causar el no pasaje del agua de refrigeración por el radiador, elevando por lo tanto la temperatura del motor
- Radiador en malas condiciones, especialmente con bloqueo parcial en la colmena, sea interna o externamente. El aislamiento térmico de la colmena en relación al ambiente se da principalmente por excesivos depósitos de barro en la superficie externa de la misma.
- Fallas mecánicas en la bomba de agua pueden generar bajo flujo de agua de refrigeración, lo que se hace sentir especialmente cuando el motor esta con carga alta.
- Correa de ventilador demasiado floja (patinando), originando caída en el flujo de aire a través de la colmena.
- Tapón del radiador defectuoso, al no ofrecer estanqueidad suficiente, causa caída de presión en el circuito de agua y hervor más frecuente de la misma.
Revisar periódicamente el sistema de enfriamiento, (bomba de agua, radiador, correa, ventilador y válvula termostática).
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Deterioro por detonación
Cabeza del pistón parcialmente destruida.
Durante la combustión, cuando la mezcla de los gases no quemados sufre compresión debido al avance del frente de la llama, puede ocurrir que en determinado instante toda la porción final de la mezcla entre en combustión espontánea.
Esta combustión puede envolver una apreciable porción de masa, que en lugar de quemarse progresivamente a través del avance de la llama, quemando cada incremento de masa, aproximadamente a presión constante, va a reaccionar instantáneamente, y a volumen constante.
La presión alcanzada es mucho mayor que la presión final alcanzada en combustión normal. Debido a la gran rapidez con que ocurre el fenómeno, no hay tiempo para que los gases quemados se expandan, lo que justifica la hipótesis que esta combustión anormal se realiza a volumen constante.
La elevación de presión correspondiente se limita por lo tanto al volumen ocupado por la masa, que reaccionó espontáneamente y da origen a una onda de presión que se propaga dentro de la cámara con la velocidad del sonido.
Esta onda sufre se refleja repetidas veces por las paredes de la cámara, dando origen a un ruido característico, que en el lenguaje popular es erróneamente llamado de pistoneo. El nombre correcto para el fenómeno descrito es “DETONACION”.
La detonación ocasiona una erosión en la cabeza del pistón, en el lado en que los gases sufren la combustión espontánea (normalmente del lado opuesto a la bujía) y tiene origen en la acción turbulenta de los gases con una temperatura elevadísima contra la cabeza del pistón.
Además de eso puede ocasionar en sus últimas etapas, excesivo desgaste de la primera canaleta, quiebra los surcos y aprisiona a los anillos.
Causas
- No utilización de relaciones de transmisión adecuadas a cada condición de carga y velocidad del vehículo.
- Cilindro trabajando excesivamente caliente.
- Carburador mal regulado (mezcla excesivamente pobre)
- Chispa excesivamente avanzada.
- Combustible de mala calidad (con bajo numero de octano).
- Sobrecarga de motor.
- Acumulo de depósitos en el tope del pistón o en la culata.
- Rebajamiento excesivo de la culata con consecuente aumento de la tasa de compresión.
- Proceder periódicamente a una revisión de los sistemas de alimentación e ignición, manteniéndolos en condiciones de funcionamiento recomendadas por el fabricante.
- Evitar sobrecargas operacionales en el motor.
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Deterioro por pre-ignición
Aspecto
Zona de los anillos y cabeza del pistón parcialmente destruidas.
Agujero en el tope del pistón.
La formación de un segundo frente de llama no debido a la chista de la bujía, con la quema espontánea de combustible, recibe el nombre de pre-ignición.
Tenemos pues un frente de llama nuevo, lo que no constituye inconveniente, mientras ocurre después de el frente de llama principal iniciado por la bujía.
A medida que la temperatura de las piezas se eleva, la pre-ignición ocurre cada vez mas temprano en el ciclo, adelantándose a la chispa de la bujía y disminuyendo la potencia del motor.
Tratándose apenas de un cilindro, la potencia disminuiría progresiva y silenciosamente, hasta que el motor se pare, en los motores policilíndricos sin embargo, los otros cilindros mantienen el motor en movimiento y el cilindro con pre-ignición es sometido a las temperaturas de combustión durante tiempos cada vez mas largos con un aumento excesivo del flujo de calor para las paredes de la cámara.
Las excesivas temperaturas y presiones resultantes de la pre-ignición pueden ocasionar un agujero en el tope del pistón.
Causas
- Bujías inadecuadas para el tipo de trabajo requerido.
- Puntos calientes ocasionados por sistema de resfriamiento defectuoso.
- Depósitos de carbón en temperatura muy alta (casi incandescentes), ocasionando puntos calientes.
- Válvulas operando en temperaturas más elevadas que la normal.
- Detonación o condiciones que llevan a ella.
- Instalar bujías adecuadas para el motor.
- Verificar sistema de enfriamiento.
- Descarbonizar el tope de los pistones y la culata siempre que sea posible.
- Regular periódicamente el huelgo de válvulas del motor conforme prescrito por el fabricante.
Rajaduras en la cabeza y en los cubos del pistón
Rajadura en la parte superior de los cubos.
Causas
Las rajaduras que se originan en la cabeza de los pistones son consecuencias de tensiones térmicas extremas. En este caso que las rajaduras evolucionan en la dirección perpendicular al eje del perno. Se verificó que, además de los efectos térmicos existen tensiones mecánicas, induciendo tensiones de tracción o de compresión en la superficie del tope del pistón.
Las rajaduras que se originan en la parte superior de los cubos y evolucionan en dirección al tope del pistón, provocan una tendencia de abrir el pistón al medio son consecuencia de la interacción entre el cubo y el perno. Ocurren tensiones elevadas, encima del valor recomendable causadas por la compresión, por la deformación del perno y por el efecto de cuña que ejerce en la superficie de su alojamiento.
Corrección
El reacondicionamiento del motor, la regulación correcta del sistema de inyección, así como las condiciones de operación del motor, deben ser ejecutadas dentro de las especificaciones establecidas por el fabricante.
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Por funcionamiento con temperatura debajo de la normal
Paredes entre las ranuras de aros destruidas.
Carbonización excesiva de la zona de fuego y ranuras de aros de psitón.
Causas
- Carburador mal regulado (mezcla excesivamente rica).
- Motor funcionando debajo de la temperatura normal.
- Válvula termostática bloqueada en la posición abierta y/o inexistente.
- Regular correctamente el carburador para que suministre la dosis correcta de aire y combustible.
- Verificar el funcionamiento de la válvula termostática.
- Recolocar válvula termostática en el caso de su falta.
- Es aconsejable no cargar el motor cuando está totalmente frío.
Exceso de combustible inyectado
Aspecto
Franjas de agarrotamiento de la cabeza a la boca del pistón, generalmente en dirección de los chorros de la inyección del diesel, propagándose posteriormente para otras regiones.
Causas
La dilución de la película de aceite lubricante, existente en las paredes de los cilindros, se da a partir del exceso de combustible inyectado, sea por falla de la bomba inyectora con valor encima del especificado y/o por pulverización incorrecta (chorro de líquido) de toberas inyectoras.
A partir del a ruptura de esa película ocurre el contacto metálico entre pistón y cilindro, la consecuente elevación substancial de la temperatura debido a la fricción, con la consecuente dilatación excesiva del pistón hasta el agarrotamiento.
Corrección
Revisar periódicamente el reglaje de la bomba inyectora y el estado de las toberas inyectoras, conforme recomendado por el fabricante
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Deterioro del tope por erosión
Aspecto
Erosión de la cabeza del pistón, debido a sobrecarga mecánica y desintegración térmica.
Causas
- Exceso de combustible inyectado por ciclo.
- Inyección prematura (punto adelantado)
- Pulverización incorrecta.
- Falta de estanqueidad en los inyectores.
- Regular bomba e inyectores para obtener correcta inyección y pulverización del diesel.
- Corregir el punto de inyección de combustible de acuerdo a los valores de diseño.
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Interferencia pistón contra culata y/o válvula
Aspecto
La cabeza del pistón se presenta deformada debido a los golpes contra la culata y/o válvulas del motor.
Causas
- Aumento de la carrera del pistón debido al aflojamiento de un tornillo de la biela.
- El depósito de carbón de aceite que se forma en la cabeza del pistón se torna mayor que el espacio nocivo, provocando los impactos en la culata del cilindro.
- Altura del block abajo del especificado.
- Variación la carrera del pistón debido a la rectificación incorrecta de los muñones del cigüeñal.
- Alteración del largo de la biela.
- Reducción de la altura de la culata sin el debido ajuste del espacio nocivo y la profundidad de los asientos de las válvulas.
- Fluctuación de las válvulas.
- Sincronismo incorrecto del árbol de levas.
- Verificar el sincronismo del árbol de levas.
- Verificar huelgos de válvulas.
- Verificar las posiciones demasiado avanzadas de los pistones en los cilindros en relación al tope del block.
- Verificar la altura del tope del pistón en relación a la cara del block.
- En la rectificación de los cuellos mantener el curso dentro de los valores especificados por el fabricante.
- Verificar el largo de las bielas.
- Corregir la profundidad de los asientos de las válvulas.
- No exceder la rotación máxima especificada por el fabricante.
- Verificar el sincronismo del del árbol de levas.
- Regular el punto de inyección.
- Ajustar la bomba de inyección de acuerdo con las instrucciones del fabricante.
Fractura del pistón en la región de los cubos
Rajaduras profundas en la región de los agujeros para perno o en la parte inferior de la falda pudiendo llegar a la fractura de la misma.
Causas
Normalmente ese tipo de falla ocurre debido a problemas de funcionamiento con agarrotamiento y "clavado" de la cabeza del pistón provocado por:
- Huelgo de montaje pistón/cilindro inadecuado;
- Sobrecarga del motor en fase de ablande;
- Deficiencia de la refrigeración;
- Deficiencia de la lubricación;
- Combustión anormal.
Corrección
- Observar las instrucciones del fabricante relativas al huelgo de montaje pistón/cilindro.
- Seguir las instrucciones del fabricante del motor relativas al ablande del mismo.
- Verificar si los sistemas de refrigeración, de lubricación y de inyección funcionan correctamente.
Rajaduras en el borde de la cámara
Rajaduras originadas radialmente en el borde de la cámara de combustión de pistones de motores diesel de inyección directa.
Causas
Una inyección de combustible adelantada y/o excesiva pueden llevar solicitudes térmicas y mecánicas más elevadas al tope del pistón.
La parte más caliente de la cámara de combustión circundada por las regiones menos calientes, no pueden expandirse como debería, de acuerdo con el coeficiente de dilatación térmica y temperatura alcanzada, y dado que ya que no es posible comprimir el material, la única posibilidad es la dilatación del mismo en la dirección de la superficie libre.
El límite de elasticidad del material del pistón, que es bajo en altas temperaturas, es excedido, o sea ocurre una deformación plástica en la forma del acumulo del material o de la concentración en la periferia de la cámara.
Cuando el pistón se enfría hasta su temperatura ambiente esta deformación persiste, creando tensiones de tracción que conducen las rajaduras en el borde de la cámara.
Corrección
- Regular el punto de inyección.
- Ajustar la bomba inyectora de acuerdo con las instrucciones del fabricante.
Rajaduras en la falda del pistón
En algunos tipos de pistones la rajadura en la falda tiene inicio en el agujero de la grieta existente en la canaleta del aceite, y en otros en la grieta existente en la falda
Causas
Este tipo de rajadura es característico de sobrecarga del motor, y consecuentemente del pistón y generalmente ocurre, siempre del lado de mayor presión, pues la región mas comprometida es la falda que es sometida a esfuerzos de flexión excesiva.
La rajadura o rajaduras evolucionan en dirección a la parte inferior (boca) de la falda del piston, llegando a destacar la parte central de la misma.
Las irregularidades, que más generalmente ocasionan tal proceso de sobrecarga del motor y del pistón son las siguientes:
- Aumento de la relación de compresión encima de los límites establecidos en el proyecto;
- Aumento en la rotación del motor encima del valor especificado por el fabricante;
- Combustible no adecuado para esa relación de compresión;
- Montaje del pistón invertido;
- Juego excesivo pistón/cilindro.
- Mantener relación de compresión y la rotación especificada por el fabricante.
- Utilizar el combustible adecuado para la relación de compresión.
- Observar el huelgo pistón/cilindro indicado por el fabricante.
- Observar las indicaciones de montaje existentes en la cabeza del pistón.
Deformación de la parte superior de la camisa
Aspecto
Material desprendido de la zona de fuego del pistón.
Causas
La deformación de la parte superior del a camisa tiene como consecuencia el deterioro de la zona de fuego del pistón. Las causas de ese tipo de desgaste del pistón pueden ser:
- Deformación de la camisa por aprieto irregular.
- Junta de la culata que no corresponde al modelo del motor.
- Efectuar el montaje de la camisa y aprieto de la culata siguiendo las especificaciones del fabricante
- Utilizar junta de la culata de buena calidad siguiendo las instrucciones del fabricante.
- Verificar las dimensiones del alojamiento de la camisa con pestaña
Información mas detallada sobre este tema se puede encontrar en http://www.serviberlinas.com/pdf/danos_pistones.pdf
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FUENTES:
https://www.noriega.cl/ficha_tecnica/ficha%20pistones.html
http://www.serviberlinas.com/pdf/danos_pistones.pdf
